阅读说明：本技术 一种用于管状物体的三维智能装载方法 (Three-dimensional intelligent loading method for tubular object ) 是由 张发恩 胡太祥 黄泽 于 2019-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于管状物体的三维智能装载方法,与现有的技术相比,本发明一种待装载水管体积计算方法,通过设计算法实现给水管包扎体积计算,得出包扎体积的高精度估计。通过对水管循环嵌套,明显减少装载空间占用,该计算速度极快,而且提升空间利用率的幅度很大,利用对圆柱体换算成对应外接长方体,通过长方体3D装箱算法快速完成装箱方案,最后利用圆柱体和长方体的体积关系比较有效得得到水管装载体积及装载方案,能有效地为装载车调度提供决策信息,有显著的水管智能装载效率、预装载与装载后体积估计精度、水管嵌套空间利用率、都优于人工经验方法的优点。(The invention discloses a three-dimensional intelligent loading method for a tubular object. Through nesting the water pipe circulation, obviously reduce the loading space and occupy, this computational rate is extremely fast, and it is very big to promote space utilization's range, utilize to convert the cylinder to corresponding external cuboid, accomplish the vanning scheme fast through cuboid 3D vanning algorithm, the volume relation that utilizes cylinder and cuboid at last effectively gets water pipe loading volume and loading scheme, can provide decision-making information for the load wagon dispatch effectively, there is apparent water pipe intelligence loading efficiency, preload and load back volume estimation precision, water pipe nested space utilization, all be superior to the advantage of artificial experience method.)

一种用于管状物体的三维智能装载方法

技术领域

本发明涉及管状物智能装载技术领域，尤其是一种用于管状物体的三维智能装载方法。

背景技术

实际应用中，对待装载水管预处理主要考虑两种情况。一、对小型号的给水管包扎和对大型号的排水管不做处理；二、对小型号的给水管包扎和对大型号的排水管逐层嵌套。其中，第一种情况单独考虑给水管的包扎，实施起来比较简单，而第二种情况则能更大限度地利用装载空间。考虑到不同需求和应用场景，需要估计小型号给水管包扎后的体积，及估计大型号给水管嵌套后的体积。

现有的技术主要用人工经验方法来估计小水管包扎后体积，但由于包扎水管的尺寸、数量差异和人工经验的差异，体积估计的精度较低。另外大型号给水管嵌套后的体积估计，同样依据人工经验判断及实现排水管循环嵌套，这样不仅操作效率低，而且空间利用率也有不同程度的可提升空间；另外，现有的柱体3D装箱技术不成熟，主要也是人工装箱方法，由于不同客户对水管型号与数量的需求差异，人工经验估计方式有较大的误差。

发明内容

本发明提出一种小型号给水管包扎体积计算方法和一种大型号排水管循环嵌套体积计算方法，利用算法实现待装载水管体积计算，同时，通过把圆柱体水管换算成长方体，再利用长方体智能装载算法进行装载计算，避免以人工经验方法带来的估计准确率、估计效率和装载空间利用率上的不足。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种用于管状物体的三维智能装载方法，包括待装载的水管，还包括以下步骤：

S101：开始，首先输入需求水管数量及其型号参数；

S102：对给水管进行包轧更改水管数量与型号信息；

S103：判断是否对排水管进行嵌套；

S104：根据步骤S103是否对排水管进行嵌套，通过则对排水管进行嵌套，同时更改水管数量与型号信息；

S105：然后根据包扎数量得到外接展数及则余个数，同时根据步骤S103是否对排水管进行嵌套，不通过也根据包扎数量得到外接展数及则余个数；

S106：将水管模拟成对应外接长方体，利用长方体三维装箱算法进行智能装载；

S107：再将长方体装载体积换算成柱体的水管装载体积；

S108：最后输出装载体积与装载方案即可。

优选地，上述一种用于管状物体的三维智能装载方法中，包括外圆包扎步骤，使用双扇形的外接圆计算，步骤如下：

S201：开始，首先输入水管数量及其型号参数；

S202：根据公式Ni＝floor(2*pi*L)得出每层数量Ni；

S203：根据包扎数量得到外接层数及剩余个数；

S204：分别利用双扇形方法或外接圆加剩余或欠缺数量的方法计算包扎后水管横截面近似面积；

S205：根据面积得到包扎近似体积；

S206：结束，输出计算结果。

优选地，上述一种用于管状物体的三维智能装载方法中，还包括水管嵌套步骤，根据最外层圆的数量计算，步骤如下：

S301：开始，首先输入水管数量及其型号参数；

S302：然后根据水管外径，从大到小给水管排序；

S303：再根据水管特征或嵌套体积最大压缩比准则，进行循环嵌套；

S304：结束，输出所有嵌套水管数量及嵌套状态。

优选地，上述一种用于管状物体的三维智能装载方法中，若水管数量使圆截面的外接圆刚好套成整层，则直接计算外接圆面积，使用双扇形的外接圆计算，进行外圆包扎步骤；反之根据最外层圆的数量计算，进行水管嵌套步骤。

优选地，上述一种用于管状物体的三维智能装载方法中，所述可嵌套管径间距设为5CM。

优选地，上述一种用于管状物体的三维智能装载方法中，所述圆柱体体积为H×Pi×(D/2)^2设置，长方体体积为H×D^2设置。

优选地，上述一种用于管状物体的三维智能装载方法中，所述圆柱体体积：长方体体积设置为Pi：4。

本发明的有益效果是：

1.与现有的技术相比，本发明一种待装载水管体积计算方法，通过设计算法实现给水管包扎体积计算，得出包扎体积的高精度估计。通过对水管循环嵌套，明显减少装载空间占用，该计算速度极快，而且提升空间利用率的幅度很大。

2.经过实验验证，在包扎数量为20-100根水管的情况下，给水管包扎体积计算算法得出的结果跟实验测试结果误差在1％左右。

3.在一组特定的水管型号和需求数量测试数据中，两种计算方式均能达到30％以上的空间节省效果。

4.利用对圆柱体换算成对应外接长方体，通过长方体3D装箱算法快速完成装箱方案，最后利用圆柱体和长方体的体积关系比较有效得得到水管装载体积及装载方案，能有效地为装载车调度提供决策信息。

5.这些技术有显著的水管智能装载效率、预装载与装载后体积估计精度、水管嵌套空间利用率、都优于人工经验方法的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明外接圆包扎结构示意图。

图2为本发明水管嵌套示意图。

图3为本发明外接圆包扎流程图。

图4为本发明水管嵌套流程图。

图5为本发明整体总流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～5所示，实施例一，一种用于管状物体的三维智能装载方法，包括待装载的水管，还包括以下步骤：

S101：开始，首先输入需求水管数量及其型号参数；

S102：对给水管进行包轧更改水管数量与型号信息；

S103：判断是否对排水管进行嵌套；

S104：根据步骤S103是否对排水管进行嵌套，通过则对排水管进行嵌套，同时更改水管数量与型号信息；

S105：然后根据包扎数量得到外接展数及则余个数，同时根据步骤S103是否对排水管进行嵌套，不通过也根据包扎数量得到外接展数及则余个数；

S106：将水管模拟成对应外接长方体，利用长方体三维装箱算法进行智能装载；

S107：再将长方体装载体积换算成柱体的水管装载体积；

S108：最后输出装载体积与装载方案即可。

再参考图1、2和4，包括外圆包扎步骤，一种用于管状物体的三维智能装载方法，使用双扇形的外接圆计算，步骤如下：

S201：开始，首先输入水管数量及其型号参数；

S202：根据公式Ni＝floor(2*pi*L)得出每层数量Ni；

S203：根据包扎数量得到外接层数及剩余个数；

S204：分别利用双扇形方法或外接圆加剩余或欠缺数量的方法计算包扎后水管横截面近似面积；

S205：根据面积得到包扎近似体积；

S206：结束，输出计算结果。

实施例二，一种用于管状物体的三维智能装载方法，包括待装载的水管，还包括以下步骤：

S101：开始，首先输入需求水管数量及其型号参数；

S102：对给水管进行包轧更改水管数量与型号信息；

S103：判断是否对排水管进行嵌套；

S104：根据步骤S103是否对排水管进行嵌套，通过则对排水管进行嵌套，同时更改水管数量与型号信息；

S105：然后根据包扎数量得到外接展数及则余个数，同时根据步骤S103是否对排水管进行嵌套，不通过也根据包扎数量得到外接展数及则余个数；

S106：将水管模拟成对应外接长方体，利用长方体三维装箱算法进行智能装载；

S107：再将长方体装载体积换算成柱体的水管装载体积；

S108：最后输出装载体积与装载方案即可。

再参考图1、3和5，包括外圆包扎步骤，一种用于管状物体的三维智能装载方法，还包括水管嵌套步骤，根据最外层圆的数量计算，步骤如下：

S301：开始，首先输入水管数量及其型号参数；

S302：然后根据水管外径，从大到小给水管排序；

S303：再根据水管特征或嵌套体积最大压缩比准则，进行循环嵌套，其中可嵌套管径间距设为5CM，圆柱体体积为H×Pi×(D/2)^2设置，长方体体积为H×D^2设置，圆柱体体积：长方体体积设置为Pi：4；

S304：结束，输出所有嵌套水管数量及嵌套状态。

根据最外层圆的数量，分别分为三种情况对应的不同方式；

1.外接圆方式包扎(外接剩余数量少的情况，设水管外径为D)；a.首层外接圆为一个水管，半径R＝D/2；b.给上一层外接圆(半径为R)外接外径为D的水管，则该层可以外接的水管为N个，其中2×Pi×(R+D/2)＝N*D，c.如果剩余水管可以足够外接完该层，则返回步骤b继续外接下一层，否则，以上一层为一个整体，计算外接圆面积，另外加上剩余水管截面面积。

2.外接圆方式包扎；(外接欠缺数量多的情况，a和b步骤跟方式1一样)，c.如果剩余水管可以足够外接完该层，则返回步骤b继续外接下一层，否则，以该层为一个整体，计算外接圆面积，另外减去欠缺数量的水管截面面积。

3.最外层圆的数量刚好适中；则同时计算情况1和情况2再取平均。

若水管数量使圆截面的外接圆刚好套成整层，则直接计算外接圆面积，使用双扇形的外接圆计算，进行外圆包扎步骤(实施例一)；反之根据最外层圆的数量计算，进行水管嵌套步骤(实施例二)。利用上述两个实施例得出的方法计算出面积后再乘以水管长度得到估计体积。本发明排水管嵌套及体积算法及原理描述：

第一步，对所有水管进行排序；

第二步，选中大水管，内径＝外径，可嵌套管径间距设为5厘米；

第三步，按照外径更大，但长度小于或等于大水管、外径小于大水管内径的准则，优先选择小水管(实施例一)；按照嵌套前体积/嵌套后体积的体积比最大准则，优先选择可以进行嵌套操作的小水管(实施例二)；

第四步，进行套管操作，更改水管数量，把小水管外径作为大水管的新内径，更改嵌套后水管长度为嵌套水管的最大长度；

第五步，返回第三步，直到第二步选中的所有大水管均不能再进行嵌套；

第六步，返回第二步，继续选择剩下水管进行新一轮套管，直至套管完成；

第七步，输出嵌套方案和套管后水管的状态信息，以及嵌套后体积大小。

本发明先利用圆柱体外接长方体，得到长方体三维数据，利用启发式模拟退火算法求解无约束的长方体三维装箱问题，最后根据圆柱体与其对应外接长方体体积关系把长方体装箱后体积换算成圆柱体装箱体积，得出最后的水管装载体积与水管智能装载方案。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。